Course Syllabus
Obiettivi
L'insegnamento consentirà agli studenti di acquisire conoscenza operativa di aspetti avanzati della biochimica delle proteine e delle applicazioni degli enzimi in processi di biocatalisi.
Conoscenza e capacità di comprensione.
Lo studente imparerà a comprendere e interpretare le caratteristiche delle proteine in termini di relazioni struttura funzione e le principali applicazioni dell’ enzimologia in processi di biocatalisi.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente avrà imparato ad applicare le conoscenze acquisite alla comprensione degli sviluppi scientifici nel settore e alla pianificazione di esperimenti di miglioramento dei processi di biocatalisi.
Autonomia di giudizio.
Lo studente dovrà essere in grado di elaborare quanto appreso e a valutarne le interconnessioni con altre materie avanzate.
Abilità comunicative.
Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato nella descrizione delle tematiche affrontate.
** Capacità di apprendimento.**
Alla fine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di consultare la letteratura sugli argomenti trattati e saprà analizzare, applicare e integrare e collegare le conoscenze acquisite con quanto verrà appreso in insegnamenti correlati agli aspetti di base e applicativi dell’enzimologia industriale.
Contenuti sintetici
Il corso si propone l’approfondimento di aspetti avanzati relativi all’applicazione di tecniche biochimiche e molecolari a processi industriali basati sull’utilizzo di proteine, in particolare enzimi. Sono trattate le applicazioni in biocatalisi delle principali famiglie di enzimi e le possibilità di migliorarne le prestazioni tramite l’utilizzo di enzimi da organismi non convenzionali, tecniche di ingegneria proteica e immobilizzazione. Si approfondiscono aspetti relativi al ripiegamento delle proteine in vitro e in vivo, con particolare attenzione alle problematiche relative all’aggregazione di proteine ricombinanti, al ruolo degli chaperoni e a passaggi critici del processo quali la formazione di ponti disolfuro.
Programma esteso
ASPETTI DI BASE E APPLICAZIONI DELLA BIOCATALISI
Introduzione all’ enzimologia industriale
Visione d’insieme dei campi di applicazione delle varie classi di enzimi, caratteristiche del catalizzatore di importanza per l’applicazione, fonti e metodi di preparazione di enzimi industriali
Come migliorare le proprietà di un biocatalizzatore
Studio della biodiversità: enzimi da organismi estremofili in particolare termofili, psicrofili e alofili. Enzimi da metagenomica
Ingegneria proteica con i metodi dell’evoluzione guidata. Vengono illustrati esempi in cui sì è modificata la specificità e la stabilità di vari enzimi alla temperatura e ai solventi organici. Evoluzione in provetta di interi operoni e di pathways metabolici
Immobilizzazione: adsorbimento, incapsulazione, intrappolamento. Metodi e supporti per l’immobilizzazione. Cross-linking e metodi basati sull’associazione a domini di pull-down. Esempi di come l’immobilizzazione può essere usata per modulare le proprietà di un enzima.
Approfondimenti su particolari classi di enzimi. Il contenuto di questa parte del corso varia ogni anno
Ripiegamento e aggregazione delle proteine
Ripiegamento delle proteine in vitro
Metodi per lo studio dei processi di ripiegamento
Aspetti termodinamici e cinetici del ripiegamento. Dai primi modelli al concetto di “folding funnels” all’ analisi “phi”
Ripiegamento in vivo
Enzimi che favoriscono I passaggi lenti: peptidil prolil isomerasi, disolfuro isomerasi
Chaperoni di folding e di holding, disaggregasi. Una visione aggiornata sul meccanismo d’azione e il ruolo specifico degli chaperoni
Espressione di proteine ricombinanti e loro aggregazione in corpi di inclusione. Metodi per favorire la solubilità dei polipeptidi e per la loro rinaturazione, nel caso sia necessario recuperare proteine funzionali da corpi di inclusione.
Prerequisiti
Prerequisiti. Conoscenza di aspetti di base della biochimica.
Propedeuticità. Nessuna
Modalità didattica
Il corso viene tenuto in presenza ed è organizzato in 21 lezioni da 2 ore costituite da:
- una parte in modalità erogativa (didattica erogativa, DE) focalizzata sulla presentazione di contenuti, concetti, principi scientifici da parte del docente
- una parte in modalità interattiva (didattica interattiva, DI), che prevede interventi didattici integrativi, brevi interventi effettuati dai corsisti.
Una parte del corso viene organizzata in base a lavori di gruppo condotti dagli studenti il cui oggetto varia di anno in anno.
L'insegnamento verrà tenuto in lingua italiana. Il materiale didattico è in inglese
Materiale didattico
Slides. Reperibili sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento
Bibliografia. Monografie e articoli scientifici reperibili sulla piattaforma e-learning dell'insegnamento.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale su tutti gli argomenti trattati nel corso
Orario di ricevimento
Orario di ricevimento: su appuntamento richiesto via mail al docente.
Sustainable Development Goals
Aims
This course aims to provide students with knowledge in advanced issues in protein biochemistry and in biocatalysis.
Knowledge and understanding.
Students will learn to understand and interpret structure function relationships in proteins and to apply enzymes in biocatalysis.
Applying knowledge and understanding.
Students will learn how to apply knowledge in understanding advanced topics and designing experiments in applied biocatalysis.
Making judgements.
Students will learn to evaluate information provided and to bring it in relation with other advanced scientific issues
Communication skills.
Students will learn to correctly discuss and present topics related to industrial biochemistry.
Learning skills.
Students will become able to analyze scientific literature and to apply and integrate knowledge and information on basic and applied issues in industrial enzymology.
Contents
Advanced issues in the application of biochemical and molecular methods to industrial processes based on proteins and enzymes. Features and application in biocatalysis of classes of industrial enzymes. Discovery and development of superior biocatalysts: enzymes from extremophiles, protein engineering, immobilization. Protein folding in vitro and in vivo with focus on the aggregation of recombinant proteins, chaperones and slow steps in protein folding, such as the formation of disulphide bonds.
Detailed program
FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS OF BIOCATALYSIS
Introduction to industrial enzymology
Overview of the fields of application, sources of enzymes, features of relevance in biocatalysis, steps in the preparation of biocatalysts.
How to improve a catalyst’s performances
Exploitation of biodiversity: enzymes from extremophiles in particular thermophilic, psychrophilic and alophilic organisms. Enzymes from metagenomics
Protein engineering by directed evolution. Examples of improvements in substrate specificity, robustness to organic solvents and temperature, laboratory evolution of whole operons and metabolic pathway
Enzymes immobilization: adsorption, entrapment, encapsulation, cross-linking, pull-down domains. Examples of tuning enzyme properties by immobilization
Case studies on selected classes of enzymes. This part of the course might be different every year
PROTEIN FOLDING, MISFOLDING AND AGGREGATION
Principles of protein folding
Methods to study the folding of proteins
Thermodynamic and kinetic issues in protein folding. From the first models to “folding funnels” to “phi” analysis.
In vivo protein folding:
Enzymes involved in slow steps: peptidyl prolyl isomerases, protein disulphide isomerases
Folding and holding chaperones, disaggregases.
Expression of recombinant proteins and aggregation in inclusion bodies. Methods to improve protein solubility, methods of protein refolding
Prerequisites
Background. Fundamentals of biochemistry
Prerequisites. None
Teaching form
Teaching activities are conveyed by means of 21 face-to-face 2 hours-lectures composed by:
-
a section of delivered didactics(Didattica erogativa, DE) focused on the presentation-illustration of contents by the lecturer.
-
a section of interactive teaching (Didattica Interattiva, DI) including teaching interventions supplementary to delivered didactic activities, short interventions by trainees.
Part of the course is based on group work led by the students, the topic of which varies and is agreed at the beginning of the course.
Teaching language: Italian.
Textbook and teaching resource
Slides. Available at the e-learning platform.
Bibliography. Review articles and research articles available at the e-learning Platform.
Semester
Second semester
Assessment method
Oral examination focussed on the whole course topics.
Office hours
Contact: on demand by mail to the lecturer.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Marina Lotti
